（电路与系统专业论文）基于PCB文件的图形化审查和信号完整性分析研究[电路与系统专业优秀论文].pdf

摘要 摘要 本论文主要论述p c b 文件图形化审查和信号完整性仿真自动化歼发。 面对当前_ 电子设计异构数据并存且无法兼容的现状，在分折了当前e d a 工具存在 的不足之处后，提出了一种面向p c b 验证的异构e d a 数据结构化设计与同构化技术的 思想及具体实现的图形化审查方案。该方案针对图形化审查的数据结构。按用户自定义 规则，图形化显示查找出的错误，直接在界面上纠错并按指定格式保存数据。 目前c a d e n c e 软件一次只能够对一个网络进行仿真，本论文提出并实现了一种自 动化方案，使多个网络可以一次性进行仿真，并按用户指定的模板生成报告，实时生 成只志。通过对该软件的测试，验证了其有效性和实用性。 关键词ge d a 圈形化审查数据结构 信号完整性c a d e n c e 软件 a b s t r a e t a b s t r a c t c n a p h i c a lv e r i f i c a t i o nb a s e do np c bd a t aa n ds i g n a li n t e g r i t ys i m u l a t i n ga u t o m a t i z a t i o n a 地m a i n l yd i s c u s s e di nt h ep a p e r f o rt h er e a l i t yt h a td i f f e r e n td e s i g nd a t aa r en o tc o m p a t i b l ew i t he a c ho t h e r , am e t h o df o r g r a p h i c a l v e r i f i c a t i o no r i e n t e d h e t e r o g e n e o u s e d ad a t as t r u c t u r e dd e s i g na n d h o m o g e n i z a t i o nt e c h n i q u e si sp u tf o r w a r da n dr e a l i z e da f t e ra n a l y z i n gt h ed e f e c to fe d a t o o l sa v a i l a b l e t h em e t h o di sb a s e do nt h ed a t as t r u c t u r eo f g r a p h i c a lv e r i f i c a t i o n u s e r sc a l l c h e c kd i r e c t l yt h r o u g hg r a p l l i c a ii n t e r f a c e sa c c o r d i n gt os e l f - d e f i n e dr u l e sa n ds a v et h e r e s u l t i n g d a t ai nt h ef o r ms p e c i f i e d a tp r e s e n t , o n l yas i n g l en e tc a l lb es i m u l a t e do n c ei nc a d e n c e ，t h e r e f o r ean e ws c h e m e w a sw e s e n t e da n dr e a l i z e di nt h ep a p e r t h r o u g ht h i sm e t h o dr a i s e di nt h i sp a p e r , m o r et h a n o n en e t sc a l lb es i m u l a t e da to n o c a n dt h er e p o r tc a n b eb u i l ta c c o r d i n gt ou s e r sr e q u i r e m e n t , t h er e a l t i m el o gc a nb ep r o d u c e d t h ev a l i d i t ya n du t i l i t yo ft h es o f t w a r ew a sv a l i d a t e d t h r o u g ht e s t i n g k e y w o r d s ：e d ag r a p h i c a lv e r i f i c a t i o n d a t as t r u c t u r e s i g n a li n t e g r i t yc a d e n c es o f t w a r e 声明 创新- 生声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标涯和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包括i 其 他人已经发表或撰写过的研究成果：也1 i 包含为获得陌安电子科技大学或其它教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同1 作的同志对本研究所做的任何贡献均己 在论文中做了明确说明并表示了谢意。 本人签名：绢阵h 期：上丛上多7 v 。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学订关保留和使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公卸论文的全部或部分内容， 可以允许采用 本人签名： 导师签名： 其它复制手段保存论文。 f t 期：丝! ：! ：17 f 1 期：趔益：经 绪论 绪论 本论文分成两个大部分：图形化自动审查软件和信号完整性分析软件的开发( 以 下简称s i s a ) 。该部分介绍了这两个课题提出的背景和来源、本论文的主要工作以及论 文的结构，与论文有关的研究工作也进行了简要介绍。 研究背景： ( 一) 图形化审查软件开发 上个世纪六、七十年代，人们就丌始逐步利用计算机来设计硬件，从而促使计算 机辅助设计c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 应运而生。由于硬件电路复杂度的不断提 高，人们迫切需要能够贯彻整个设计过程的设计自动化，即电子设计自动化e d a ( e l e c t r o n i cd e s i g na u t o m a t i o n ) 技术。随着存储量更大，速度更高的计算机硬件 平台以及更加完善的操作系统的发展，近年来e d a 技术得到长足进步，在电子设计自 动化技术中，机器提供的功能越来越强大，使电子工程师可以把更多的精力、时问放 在创造方面。 但是与此同时，由于众多专注于某一领域的e d a 产品的异军突起，造就了许多各 自为政的e d a 数据格式。这使得在整个电子产品的设计流程中在不同阶段选取不同的 e d a 工具的设计师们面临着如下的问题：( 1 ) 出于各e d a 公司的工具各有所长，在整个 设计过程中不得不选取不同公司的e d a 工具，而各个e d a 工具之间数据格式的不兼容 现状极大地制约了产品设计的流程；( 2 ) 几乎所有的e d a 厂商都不能提供从设计到制 造的完善整套解决方案，设计师们不得不面对各种风格各异复杂的e d a 工具；( 3 ) 由 于电子设计行业是一个经验积累的行业，新进的设计师无法快速继承前人丰富的设计 经验，形成了新手的水平永远不如老手的现象，因此设计经验急需量化共享并进行标 准化管理。因此，e d a 信息的整合及设计一体化工具的出现是当前急待解决的问题和今 后e d a 工具发展的一个趋势。 针对以上所面对的数据格式互不兼容的问题，国外已经有了一些解决方案，但它 们大都是由第三方的e d a 厂商提供的。比较典型的是格式转换器，像e - t o o l s 公司提 供的基于e d i f 与x l 的格式转换器，它提供了针对各种不同数据格式的接口，提供它 们与e d i f 和x m l 的转换方法：同时，还提供各种接口供各主要的数据格式之间的转换。 另外一个就是专门查看格式文件的查看器，像c i m m e t r y 公司提供的a u t o v u e 查看器， 它能查看几乎所有的常见e d a 格式。同时在我国“8 6 3 ”计划中也有关于此方面的研究， 取得了一定的成果。目前，国外一些大的e d a 厂商都在向工具一体化方向发展，而且 2基于p c b 文件的图形化审奄和信号完整性分析研究 出现了一些集设计、验证、制造、管理、服务等为一体的e d a 工具。像s y n c r o n 公司 提供的u d n ( u n i v e r s a ld e s i g nn e t w o r k ) ，它把从设计到制造的整个过程通过一个统 一的数据库整合在同一平台下，同时为设计师提供了一个开放式的灵活性的设计管理 环境。但是有关设计经验共享与继承的问题目前国内外没有商用软件出现，这严重影 响着目前电子设计行业的新老接替问题。 在电子设计与制造业。印制电路板( p r i n t e dc i r c u i tb o a r d ，p c b ) 作为电子产品 的子系统，扮演着核心模块单元的角色。掘统计，电子产品的设计占整个研制生产周 期的6 0 以上；而成本的8 0 一9 0 又是在芯片和p c b 子系统设计环节决定的。 自动化审查平台软件( 以下简称a 、p ) 系列i _ f 是针对以上问题而丌发，a v p 系列软件 是分别针对原理图和p c b 图都有相应的功能的软件。但是在p c b 审查软件部分，审查接 口是针对d s n 文件的和不能够比较直观的进行审查，本论文的第一部分主要是对这两个 部分进行研究，实现图形化的审查和修改p l b 文件，解决多个e d a 工具p c b 数据的异 构与同构问题。 ( 二) 信号完整性分析自动化软件 过去，时钟频率只有1 0 z 或以下，电路板或封装设计的主要挑战就是如何在双 层板上所有的信号线以及在组装时不破坏封装。由于互连线不曾影响过系统性能，所 以互连线的电器特性并不重要。在某种意义下，可以说：“对于信号来讲过去的互连 线是畅通透明的”。 但是现在的时钟频率提高了，信号上升边也已经普遍变短。对于大多数电子产品 而言，当时钟频率超过1 0 0 n z 或上升边小于l n s 时，信号完整性效应就变得重要了。 在这种频率下互连线对信号不再是透明的产品或系统了，如果不小心处理就会出现一 种或多种信号完整性问题。 信号完整性( s i g n a li n t e g r i t y ，简称s i ) 指的是信号线上的信号质量。信号完 整性差不是由单一因素造成的，而是由板级设计中多种因素共同引起的。破坏信号完 整性的原因包括反射、振铃、地弹、串扰等。随着信号工作频率的不断提高，信号完 整性问题已经成为高速p c b 工程师关注的焦点。 目前，在电子领域内能过对p c b 板进行仿真的工具很多，例如m e n t o r 的h y p e r l y n x 等。s p e e t r a q u e s ts ie x p e r t 是c a d e n c e 公司为了满足高速p c b 设计而丌发的一个集 成设计分析环境，可以解决在设计的各个环节中存在的与电气性能相关的问题。通过 对时序、信噪、串扰、电源构造和电磁兼容等多方面因素进行分析，s p e c t r a q u e s ts i e x p e r 可以使设计工程师在进行实际的布局白线之前对系统的时间特性、信号完整性、 e m i 等问题作一个最优化的设计。s p e c t r a q u e s ts ie x p e r 内部包括s i g x p l o r e r 、 绪论 s i g n o i s e 等信号完整性分析工具，本论文主要是针对a l l e g r o 和s i g n a l x p 进行二次开 发，其中a l l e g r o 主要用来进行p c b 设计，s i g n a l x p 用来进行做信号完整性分析。 在a l l e g r o 中如果想调用s i g n a l x p 模块对其中的网络进行信号完整性是比较不 方便的，具体体现在：一次只能仿真一个网络；对仿真参数的设置界面复杂；不能自 动生成用户想要的报告；不能给出网络仿真的及时提示和网络失败的同志报告等等。 本论文主要解决了一次设置多个网络同时仿真，自动生成报告等功能。目前软件 主要是针对信号完整性分析中的反射进行研究。 论文的章节安捧： 论文论述了图形化审查和s i s a 软件的丌发，共分了血部分： 第一章详细论述了图形化数据结构的丌发以及相关的p c b 文件接口的开发。 第二章论述了图形化的具体实现以及直接在界面上纠错等功能和算法。 第三章介绍了s i s a 软件研究的必要性以及与之相关的反射理论的研究。 第四章介绍了网络仿真技术，主要论述仿真条件和控制条件的选择。 总结篇给出本论文完成的任务和需要进一步完成的研究。 第一章针对图形化审查的数据结构开发 第一部分图形化自动审查p c b 平台 第一章图形化审查的数据结构开发 1 1a v p 4 0 的开发背景与结构原理 传统的p c b 设计工具所能提供的验证功能是极为有限的，因为它们主要是按照一 般规则验证p c b 文件的最基本的部分。尽管已经有一些功能强大的p c b 验证工具的出 现，但是基于它们的通用性的背景( 而且主要集中在e m c e m i 与s i 部分) ，以及其 昂贵的代价，不可能为具有特殊需求的用户提供完善的解决方案。而且，可以看出目 前的成熟的验证功能都或多或少的依赖于某种设计工具，甚至以某种设计工具为载体， 为异构数据协同设计及一体化设计带来诸多不便。鉴于以上情况，a v p 4 0 就是为解决 这种自订制规则对p c b 文件进行审查需求面设计，是不依赖于任何设计工具的p c b 验 证工具。 为了便于软件的升级和维护，a v p 4 ，0 采用松祸合模块化结构设计，在针对d s n 文件审查的功能上设计的数据结构尽町能的参考其它数据格式以便其结构达到相对的 完善。a v p 4 0 的设计结构框架图1 1 所示。 图1 1a v p 4 0 结构示意图 6 基于p c b 文件的图形化审卉和信号完整性分析研究 1 2 1a v p 4 0 的基本功能 1 2 a v p 4 0 的功能 目前，经过前人的开发，a v p 4 0 已经具有的功能包括以下几点： 在分析当前e d a 工具应用现状和工程师在进行p c b 设计验证过程中面i 缶的问题 的基础上，提出了新的j f 放式p c b 后验证技术。陔技术在独立的面向验证的数据结构 的基础上，已建成一个可以读耿d s n 数掘恪式的接口； 通过研究p o w e r p c b 提供的二次丌发接口，设计了基于c o 接口的数据结构提 取接口以及扩展的设计返标功能： 针对传统p c b 验证工具关于舰则复用性差的特点，提出了面向器件的规, t j s t j 定 方式，设计了独特的规则管理及验证系统，保证了企业级用户验证经验的继承性和可 验证性： 设计了p c b 版本比较功能，以报告形式给出版本之| 日j 的差异，该功能可帮助工 程师快速定位版本差异，工程师大大节省设计和验证时间； 设计了丌放式p b c 后验证平台，在i 程师的实际应用中表明，该平台具有较 高的实用价值。 1 2 2a v p 4 0 的不足 虽然a v p 4 0 已经具有了上述功能，但是还是存在下列缺陷，这也正是本论文需 要解决的问题。 a v p 4 0 审查是以文本形式厅发的，审查的结果和设置都是以文本形式体现的， 不够直观，形势单调，用户改动不够方便，需要丌发能够供图形化审查的界面。 a v p 4 0 是基于独立数据结构的，所以完备性有待进一步的提高。为了能够实 现多个p c b 数据的格式相互转换且不丢失重要信息和能够进行图形化审查，必须对以 前的数据结构进行改进以适应新的需要。 由于a v p 4 0 只有读取d s n 文件接口，这样目前业内许多广泛应用或很有前途 的p c b 标准格式就得不到支持。例如o d b + - 、g e n c a m 、e d i f 4 0 0 、p r o t e l 9 9 s e 等等， 为了适应新的需要，势必要对这些格式进行新的研究，增加软件接口，以满足新的需 要，提高其适用范围。 1 3 图形化数据结构的设计 要想从p c b 文件得到可进行审查的数据，开发读取文件的数据接口就是必须的。 第一章针对图形化审查的数据结构开发 7 读取数据的接口作用是从p c b 文件中提取设计信息，经过处理组织成公用数据结构供 后续模块调用处理。针对不同的设计格式，可以设计不同的接口，这样接口的改变只 需改变p c b 数据结构以前的部分程序，也就是说，更改针对不同p c b 文件设计的接口 只需要更换相应的动态链接库( d 1 1 ) 即可，其它各模块不受任何影响，这也是本系统 傲到松耦合。能够支持多种不同的设汁格式的一个关键点。作为多个接口的读取数据 后最终的“存放地”，一个完善的数掘结构是非常必须的，要使这个数据结构变成一 个通用的适合众多的p c b 数据文件格式，那么分析比较国内外流行的p c b 格式就格外 重要，下面各节将具体的对读取数掘接口、通用数据结构以及为了使这个接口适应后 续的图形化审查进行探讨。 1 3 1p c b 文件格式简介 目前国内外多种e d a 工具并存对电子设计市场的发展和创新起到了积极推动作 用，但是由于各个e d a 厂商是相互独立的。而在国际上并没有一种p c b 数据的格式 能作为一个公用的标准得到所有e d a 厂商的认可和支持。在这些众多的格式中，电 子行业公认的、影响较大的尤以v a l o r 公司的0 d b + + 和i p c 的g e n c a m 和a n s i e i a 的e d i f 4 0 0 见长，而国内常用设计电路扳的工具是p r o t e l 系列，作为该工具对应的保 存p c b 文件的格式是p c bb i n a r yf i l e s ( * p c b ) ，本节将对这些数据格式作一个简单的 介绍和比较并给出部分示例。 ( 一) t p cg e n c a m g e n c a m ( g e n e r i cc o m p u t e r - a i d e dm a n u f a c t u r i n g ) 是由i p c ( t h ei n s t i t u t ef o r p a c k a g i n ga n di n t e r c o n n e c t ) 丌发的一种c a d 到c a m 的数据交换标准。g e n c a m 的 文件命名为i p c 一2 5 1 1 ，包含着i p c 2 5 1 0 系列的几个子标准( i p c 2 5 1 2 到 p c 2 5 1 8 ) 。 1 9 9 8 年发布的是1 0 版本( i p c 2 5 1 1 a ) ，最新的版本是2 0 0 2 年发布的采用x m l 方案 的2 0 版本( i p c 2 5 1 1 b x m l ) 。i p c 2 5 1 0 系列标准是基于g e n c a d 格式( 由m i t r o n 公司推出) 的，各单个子标准互相依赖。其最终目的是在p c b 的e d a 和p c b 的制作、 组装、测试者之间建立一种灵活的沟通规则和渠道，规定出数据交换的标准格式，并 推广应用于电子行业o e m ( 源设备制造商) 、合同制造商等。该标准的文件包括了板型、 焊盘、贴片、插装、板内信号线等信息，几乎所有外加工p c b 的有关资料都可以从 g e n c a m ( g e n c a d 的扩展和增加) 参数中提取到。 g e n c a m 的文件结构，使得用户在设计阶段和实现阶段都可以获得数据。当需要向 制造方输出数据时，还可以扩展数据：增加加工过程中允许的容差；还可以分别为面 板和子面板的制造输出多种资料。该文件采用a s c i i 编码格式，一共包括2 0 个信息 基于p c b 文件的图形化市杏和信号完整性分析研究 节，详细描述有关设计的要求和制造的具体细节。每一节表达一个功能。或者一项作 业，并且每一节在逻辑上都是互相独立的，每一节也都可以成为一个单独的文件。表 1 1 给出g e n c a m 各信息节的说明。 表1 1g e n c a m 并信息岿说明 段名作； j 文件头每个文 ，| = 的开失包括名称、公司支什类刑、数鼍、版本等； 扳p c b 扳的描述如轮晦等； 焊盘| ! f 】形 印脚( l a n dp a a e r n ) ) l 何i 玺f 形，含焊膏、丝印、钻孔： 辟盘 包含c a d 系统数据中的过孔受其焊稚信息： 形状复杂的物理形状描述： 元什 r 区别元竹的乞称； 器什 ，亡什描述信息，禽器f ，i ：号码： 信号网表信息： 导线 导线信息，如宽度、j 7 度等； 层结构制扳信息描述，包括层数，m 焊，j ，度等； 布线导线物理信息，含光绘信息： 机械 机械相笑信息，如定伊、彳l 、辅助项等； 删试点删试点定伊，名称类刑； 电源地线、电源线信息描述； 别名 给_ 【 j 户以与其他支仆格式进i j 转换使川： 更改标识修改内容： 附属 不是与电路相天钓特性儿f c 信息，如十，j 、识，图形苫： 电原理相芙设计电路原理o ：息i ：爱_ ； jr 安排删试顺序： 皈面 p c b 制仃皈面f 弼拼版) 、纤装摊列等相天信息： e c o 电气检卉及修改后的相天信息。 g e n c a m 允许且只允许上述2 0 个信息节在文件中出现一次，通过组合的变化向制 造工序提供不同的信息。g e n c a m 保留了信息语义的层次和结构，每个制造设备只处理 与其作业相关的信息节内容。 g e n c a m2 0 以前版本的文件符合巴科斯范式( b n f ) 规则。g e n c a m2 0 版本采用 了煳l ( e x t e n s i b l e j a r k u p l a n g u a g e ) 丈件格式标准和x m l 方案。但是，i p c 一2 5 1 i a 中根本的信息模型几乎没有改变，新皈本只是改写了信息的组织方式，丽信息的内容 未变。i p c 一2 5 1 i a 中的某个器件的部分引唧实例： 第一章针对图形化审查的数据结构开发9 ( 二) v a l o ro d b + + o d b + + ( o p e nd a t a b a s e ，丌放数据库) ，出以色列v a l o r 计算系统公司推出。它 允许将面向制造的设计( d f m ) 规则体现在设计过程之中。 o d b 什采用可扩展的a s c i i 格式，它可在单个数据库中保存p c b 制造和装配所必 须的全部工程数据。单个数据库包含图形、钻孔信息、稚线、元件、网表、规格、绘 图、工程处理定义、报表功能、e c o 和d f m 结果等。设计师在进行d 刚设计时可以更 新这些数据库，以便在装配之前发现潜在的布局布线问题。 o d b + + 是一种双向格式，允许数据的下传和上行。一旦设计数据以a s c i i 形式传 至p c b 板加工车间，加工者就可顺利实施流程操作，如蚀刻补偿、面板成像及输出钻 孔、布线和照相等。 o d b 一采用比较智能的显式结构，具体措施有： ( 1 ) 包括了阻抗、镀金非镀会过孔、特定过孔连接板层等更多的系统属性： ( 2 ) 采用所见即所得( w y s i w y g ) 的信息描述方式以消除模糊不清的信息描述： ( 3 ) 所有对象的属性处于单特征级别上； ( 4 ) 独无二的板层和次序定义； ( 5 ) 精确的器件封装和管脚建模； ( 6 ) 支持元器件清单( b o m ) 数据的嵌入。 o d b + + 采用一种标准的文件结构，它将一个设计表示为一个文件路径树，设计文 件夹下包含一系列相关设计信息的子文件失。该路径树可在不同系统间移植并不丢失 数据。与单一大文件相比，在对文件进行读写操作时，该树结构允许设计中的某些数 据被单独读写而不是读写整个大文件。o d b + + 文件路径树的1 3 个层次如表1 2 所示。 o d b + + 采用了一种标准文件结构，o d b + + 表示的一个设计表现为一个文件路径树，设计 文件夹下包含一系列存放相关设计信息的子文件央。该路径树可在不同系统闻移植并 不丢失数据，且与单一大文件相比，在对文件做读写操作时，该树结构允许设计中的 某些数据被读写而不是整个大文件。 0基于p c b 文件的图形化审奄和信号完整性分析研究 表1 2o d b + + 文件路径树 s u b d i r e c t o d e s d e t a i l s s t e p s i nw h i c ha r em u l t i l a y e re n t i t i e s ( e g as i n g l ei m a g e ，as u bp a n e la r r a y ， ap r o d u c t i o np a n e lo ram u l t il a y e rc o u p o n ) e a c hs t e pc o n t a i n sac o l l e c t i o no f l a y e r s l a y e r sa r et w o - d i m e n s i o n a l s h e e t s ，c o n t a i n i n gg r a p h i c s a t t r i b u t e sa n da n n o t a t i o n l a y e r se x p r e s s p h y s i c a lb o a r di a y e r s m a s kl a y e r s n cd r i l la n dr o u tl a y e r sa n d m i s c e l l a n e o u s d r a w i n g s a l ls t e p s i n o n e j o bh a v e t h es a m e l i s t o f l a y e r s ， a l b e i tt h ec o n t e n t sm a yb et o t a l l yd i f f e r e n t m a t r i x i nw h i c ht h er o w sa r et h ej o bl a y e r sa n dt h ec o l u m n sa r et h e j o bs t e p s t h em a t r i xc o n t a i n sf o re a c hr o wa d d i t i o n a li n f o r m a t i o ns u c ha s t h et y p e ，p o l a r i t ya n dc o n t e x t t h em a t r i xi sa l s oc r u c i a li nd e f i n i n gt h e p h y s i c a lo r d e ro f t h el a y e r sa n dt h er e l a t i o no f d r i l ll a y e r s ( t h r o u g h b l i n d ， b u r i e d e t c 1 s y m b o l s w h i c ha r es i n g l el a y e rg r a p h i ce n t i t i e sw h i c hc a nb er e f e r e n c e d f r o mw i t h i na n yg r a p h i c a ll a y e ri nas t e p s t a c k u p s w h i c ha l l o w st h eu s e rt od e v e l o pt h eo p t i m a l3 db u i l d u p ，f o r a n yg i v e np c bd e s i g n i nac o n v e n i e n ta n de f f i c i e n tm a n n e r t h i sm o d u l e a s s u r e st h a tt h ed e m a n d sd i c t a t e db yt h ep c bd e s i g na r es t r i c t l ym e t w o r kf o r m sw o r kf o r m s ，w h i c ha r eu s e rd e f i n e dc o l l e c t i o no f f i e l d s ( t e x t u a la n d g r a p h i c a l ) a n db u r o n s w o r kf l o w sw h i c ha r eu s e rd e f i n e dp r o c e d u r e s c o m p o s e do f s t a g e s ， c o n d i t i o n sa n ds w i t c h e si nah i e r a r c h i c a im a n n e r a t _ t r i b u t e s w h i c ha r eu s e rd e f i n e da t t r i b u t e s t of a c i l i t a t ea u t o m a t i o n w h e e l s w h i c ha r ea p e r t u r et a b l e sc r e a t e di nt h ew h e e le d i t o rp o p u p i n p u t w h i c ha u t o m a t i c a l l yi d e n t i f i e st h ef o r m a tt y p eo f t h ei n c o m i n gd a t a ( g e r b e r , e x c e l l o nd r i l l ，e r e ) a n di n t e r p r e t st h eg e r b e rw h e e lb a s e do n p r e d e f i n e dw h e e lt e m p l a t e s o u t p u t w h i c ha r em u l t i p l ef o r m a tt r a n s l a t o r st oc h o o s et h eo u t p u td e v i c e u s e ri nw h i c ht h eu s e rc a ns t o r eh i so w nf i l e s e x t e n s i o nw h i c hi su s e df o rt h i r dp a r t yd a t af i l e s l o g w h i c hi si n t e n d e df o r j o bs p e c i f i cl o gf i l e s 一个普通的o d b + + 设计，在上述的文件央中可最多包含着5 3 种设计文件；在库 o d b + + 设计中还另外包含两种文件。o d b + 一共支持2 6 种标准图形符号。 由于p c b 设计的特殊性，数据痒中有蝗大文件不适f 结构化的存储方式。为此， o d b + + 采用了行记录文本文件方式，每一行均包括多个信息位，之间以空格分开。文 件中行的顺序很重要，特定行可以要求后续行必须遵守某种顺序形式。每一行行首的 字符又可以定义该行所描述信息的类型。用o d b + + 描述某个封装的引脚实例如下： 第一章针对图形化审查的数据结构开发 酬燕述的某封装 # p 陆l p i 【g 卯暖c _ 1 1 0 肿h 1 2 7 眄1 1 町0 1 0 2 5 - 0 1 4 50 2 5o 1 4 5 既也2 5 _ n lo 5 0 2 p i n1t 吨2 吨1 1 0 50es 跹吨2 1 2 5 - 0 1 4 5o 0 2 5o 0 田 p i n3t - 0 1 吨1 1 0 5oes 陋吨1 1 2 5 _ n 1 4 50 0 2 5o 0 6 9 p i n5t0 - 0 1 1 0 60es v a l o r 于1 9 9 7 年向公众发佑o d 叶+ ；2 0 0 0 年推出支持x m l 标准的o d b + + ( x ) 1 0 版本；2 0 0 1 年发布了o d b + + ( x ) 3 i a 版本。o d b + + ( x ) 改写了o d b + + 的信息组织方式， 为的是更方便设计与制造问的数掘交换，而其信息模型并没有太大改变。一个o d b + + ( x ) 文件包含六大子元素，即：内容( o d x _ c o n t e n t s ) ；物料清单( o d x _ b o m ) ；授权厂商 ( o d xa v l ) ；辅助设计( o d xc a d ) ；供应信息( o d x l o g i s t i c s _ h e a d e r ) ；变更 ( o d xh i s t o r y r e c ) 等，以构成一个高级元素( o d x ) 。 e d a 软件商，如：c a d e n c e 、m e n t o r 、p a d s 、v e r i b e s t 以及z u k e n 等，已经开始 支持o d b + + o d b + + ( x ) 。p c b 的c a m 软件商，如：m i t r o n 、f a s m a s t e r 、u n i c a m 、g r a p h i c 等也已经采纳了o d b + + 技术。这些软件公司问组成了v a l o r 用户联盟，只要将e d a 数 据交换中性文件进行处理，就可以形成设备驱动程序、检测程序等。 ( 三) e i ae d i f 4 0 0 e d i f 4 0 0 由e i a ( e l e c t r o n i ci n d u s t r i e sa s s o c i a t i o n ，电子工业协会) 发布，实 际上是电子设计c a d 建模的新方法，为一种语言描述形式。将此标准格式扩展应用于 c a d 输出格式，同时建立c a d c a m 的交互模式，便于设计者和制作者、组装者的沟通。 e d i f 采用符合b n f 规则的描述方式，其文件是结构化的a s c i i 文本文件。 所有e c e 项目中的活动模型( a c t i v i t ym o d e l ) 的设计方法都使用i d e f o ( i d e f 为i c a md e f i n i t i o n 缩写，i c a m 为i n t e g r a t e dc o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n g ) ， 在e c c e 项目里就是指制作p c b s 、组装p c a s ( 电路组件，含p c b 、元器件等) 及 m c m s ( m u l t i c h i pm o d u l e s ，多芯片组件) ，具体一点即是：制作和测试p c b 光板：组 装元器件到p c b 光板上；测试组装板。 因为面向制造的设计可分为多个活动，这些活动需要有相应的信息传送或反馈， 利用e d i f 4 0 0 建立i m ( i n f o r m a t i o nm o d e l ，信息模型) 可以在c a d 阶段完成以下信息 的传送： 制作和测试光板的信息； 组装p c b 光板的信息； 面向制造相关信息； 1 2 基丁ip c b 文什的图形化审有和信号完整性分析研究 容易引起制造阶段问题的提示信息。 相关数据( 如p c a m c m 等) 模型的处理由多种c a d 进行了验证，e d i f 4 0 0 能描述大 致覆盖9 5 的c a d - c a m 转换信息的范畴。e d i f 4 0 0 标准能够保证相关数据信息模型在 不同c a d 自j 进行传送并被验证和认可，经过一定的简化、约束处理，将能够作为c a m i m 丌发的初始草本。c a m - i m 主要有以下的信息内容：组装板：版图f 集：电连接版图； 电连接版图层次目录：设计层次目录；设计管理；几何图形描述；文档；图形；制作 p c b 的几何图形描述；材料：封装( 插装及贴装) ；元件、器件、部件：技术信息；逻 辑关系( 功能) 描述：管脚及模片( o i e ) 描述；卸线：测试：拼版；用户自定义信息。 e d i f4 0 0 现在已经成为e d a 标准，许多e d a 丌发商如：m e n t o r 、c a d e n c e 等都已 采用。在此，扩展应用e d i f 4 0 0 标准主要是想解决或至少改进c a d 在p c b 制作和组装 过程的一些主要问题，特别是能够实现从c a d 工作站的单实体( e n t i t i e s ) 转换成 c a ! l l 工作站信息的方法及技术。介于设计与捌造环节的这些问题涉及：g e r b e r 数据的 校准、不一致的数据格式、错误的元器件库调用，提供电子数据的方式等，最终解决 的是数据的j 下确性、一致性、完整性，这一目标是非常必要的，这是因为电子设计的 复杂性必然导致出现p c b 的多层、元器件的多种类型应用，而7 产快速转换、紧急需 求，进而产生迎合用户要求的制造控制机制分析、最大限度的集成等技术的产生。 ( 四) p r o t e l 9 9 s ea s c p c b p r o t e l 是p r o t e 公司在2 0 世纪8 0 年代未推出的电路行业的c a d 软件，由于它 较旱在国内使用，普及率也最高，一直是国内很多工程师的首选。2 0 0 0 年推出的 p r o t e l 9 9 s e 性能进一步提高，可以对设计过程有更大控制力。所以针对它的分析和审 查也是有一定的必要性由于p r o t e l 9 9 s e 的p c b 文件可以保存几种格式，但是除了以 a s ci ip c b 保存的格式易读外，其余的都是以二进制格式生成了简便的数据库，不易分 析和处理。下面是针对p r o t e l 9 9 s ea s ci ip c b 格式进行分析。 p c ba s c i i 文件中的所有数值和参数的定义都是自解释的，文件中的每一条记录 都占用一行并以记录的名字作为区分。各条记荥按照创建的先后顺序排列，这个顺序 是：b o a r d ，e c o ，o u t p u t ，p r i n t e r 。g e r b e r ，a d v a n c e p l a c e r 。c l a s s e s 。e t s ，c o m p o n e n t s 。 p l o y g o n s ，d i m e n s i o n s ，c o o r d i n a t e s ，c o n n e c ti o n s ，r u l e s ，e m b e d d e d s ，a r c s ，p a d s ， v i a s ，t r a c k s ，t e x t s ，f i l l s ，f r o m t o s 。每部分的简略解释见下表1 3 。在p c b 文件 中，可以看到p c b 的定义实体。这个实体町以是简单或者复杂元器件。例如：弧。复 杂的包括很多简单元件的组合，例如：多边形就是由弧和轨迹组成的。 第一章针对图形化审查的数据结构开发 表1 3p c ba s c i i 各段的描述 s e c t i o n d e s c r i p t i o n b o a r d b o a r do p t i o n st h a ta r cs e tu pi nt h ed e s i g no p t i o n e c o e n g i n e e r i n gc h a n g eo r d e ro p t i o n s o u t p u t o u t p u to p t i o n s p r i n t e r p r i n t e ro p t i o n s g e r b e rg e r b e ro u t p u ts e t t i n g s a d v a n c e d p l a c e ra d v a n c e dp l a c e ro p t i o n sa n ds e t t i n g s d e s i g n r u l e c h e c k e rd e s i g nr u l ec h e c k e ro p t i o n sa n ds e f f i n 2 s c l a s s e sd e f i n ec l a s s e st ob eu s e db yt h ed e s i g nr u l e s n e t si d e n t i f i e sa n dd e s c r i b e san e t c o r r i p o n e m s i d e m i f i e sa n dd e s c r i b e sac o m p o n e n to b j e c t t h i sg r o u po b j e c ti s m a d eu po f t r